JPH0677497A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 層間絶縁膜９を平坦化する際にゲート電極へ
の酸化剤の進入を防止し、ゲートバーズビークを極力小
さくすることを目的とする。 【構成】 半導体装置の製造方法は、ゲート電極形成後
にランプアニール法により窒化膜１５でゲート電極を覆
う様に形成する。 【効果】 ＥＥＰＲＯＭ消去時のファウラー・ノルドハ
イム・トンネル電流が容易に流れ、効率の良い消去特性
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ソースとドレインを
有するＭＯＳ型の半導体装置に関し、また、ソースとド
レイン近傍のゲート・バーズ・ビークの構造の改良を行
う為にランプアニール窒化膜を用いた半導体装置の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、例えば従来の不揮発性メモリ半
導体装置であるＥＥＰＲＯＭを示す断面図である。同図
において、１は半導体基板、２は第一ゲート酸化膜、３
は浮遊ゲート電極、４はインターポリ絶縁膜、５は制御
ゲート電極、６はドレイン不純物拡散層、７はソース不
純物拡散層、８は層間熱酸化膜、９は層間絶縁膜、１０
はドレイン側ゲートバーズビーク酸化膜、１１はソース
側ゲートバーズビーク酸化膜、１２はドレイン側インタ
ーポリバーズビーク、１３はソース側インターポリバー
ズビーク、１４は金属配線層である。

【０００３】第一ゲート酸化膜２、浮遊ゲート電極３、
インターポリ絶縁膜４、制御ゲート電極５、およびドレ
イン不純物拡散層６、ソース不純物拡散層７により二層
ゲート型の不揮発性メモリ半導体装置であるＥＥＰＲＯ
Ｍの基本要素が構成される。

【０００４】半導体装置として電気配線を行うための金
属配線層１４が設けられる。この金属配線層１４が浮遊
ゲート電極３や、制御ゲート電極５と電気的に接触しな
いようにするために層間絶縁膜９が用いられるが、層間
絶縁膜９の平坦性を向上し金属配線層１４の加工性をあ
げるために層間絶縁膜９にはボロンやリンなどの不純物
が含まれる。該層間絶縁膜９のボロンやリン等の不純物
が半導体基板１や制御ゲート電極５、浮遊ゲート電極３
に入り、電気特性を変動させることを防ぐために浮遊ゲ
ート電極３、制御ゲート電極５、ドレイン不純物拡散層
６およびソース不純物拡散層７と層間絶縁膜９の間に層
間熱酸化膜８が配置される。

【０００５】また、層間絶縁膜９の平坦性をさらに向上
し、金属配線層１４の加工性を向上するために層間絶縁
膜９が熱処理によってリフローされるが、このとき熱処
理による酸化で層間熱酸化膜８はさらに厚くなり、浮遊
ゲート電極３の端部と半導体基板１の間でドレイン不純
物拡散層６の側にドレイン側ゲートバーズビーク酸化膜
１０、ソース不純物拡散層７の側にソース側ゲートバー
ズビーク酸化膜１１が形成され、制御ゲート電極５と浮
遊ゲート電極３の端部でドレイン不純物拡散層６側にド
レイン側インターポリバーズビーク１２、ソース不純物
拡散層７側にソース側インターポリバーズビーク１３が
形成される。

【０００６】次に、前述した従来の半導体装置の動作に
ついて説明する。図４に示すＥＥＰＲＯＭにおいては、
電気的に情報を書き込みまたは消去する「書き込み消去
モード」と、情報を読み出す「読みだしモード」があ
る。

【０００７】また、「書き込み消去モード」には、情報
を電気的に書き込む「書き込みモード」と、電気的に消
去する「消去モード」がある。

【０００８】「消去モード」は、例えばソース不純物拡
散層７からなるソース電極をフローティング状態にし、
制御ゲート電極５を接地状態でドレイン不純物拡散層６
からなるドレイン電極に例えば１２Ｖ程度の高電圧を掛
けることにより、ソース不純物拡散層７近傍の浮遊ゲー
ト電極３端部下にあるソース側ゲートバーズビーク酸化
膜１１を介してソース不純物拡散層７から浮遊ゲート電
極３へ流れるファウラー・ノルドハイム・トンネル電流
を用いて、浮遊ゲート電極３の電子を引きぬいて行われ
る。

【０００９】また、「読みだしモード」は、ソース不純
物拡散層７からなるソース電極を接地状態にし、ドレイ
ン不純物拡散層６からなるドレイン電極に例えば１Ｖ、
制御ゲート電極５に例えば３Ｖ程度の電圧を掛けて、ド
レイン不純物拡散層６からソース不純物拡散層７に電流
が流れるか否かにより「１」，「０」の状態を判断して
読み出しを行う。浮遊ゲート電極３に電子があればドレ
イン不純物拡散層６からソース不純物拡散層７に電流が
流れず書き込み状態が読み出され、逆に浮遊ゲート電極
３から電子が引き抜かれておけばドレイン不純物拡散層
６からソース不純物拡散層７に電流が流れることにより
消去状態が読み出される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
半導体装置では、以上のように構成されているので層間
絶縁膜９の平坦性を向上すべく熱処理を行うと熱処理に
よる酸化剤が層間絶縁膜９及び層間熱酸化膜８を貫通し
て半導体基板１、制御ゲート電極５の表面および端部さ
らに浮遊ゲート電極３の端部を酸化する。このため層間
熱酸化膜８は厚くなりソース側及びドレイン側ゲートバ
ーズビーク酸化膜１１、１０が厚くなるという問題点が
あった。特に、ソース側ゲートバーズビーク酸化膜１１
が厚くなると消去時のファウラー・ノルドハイム・トン
ネル電流が流れにくくなり、消去効率が悪くなるという
問題点があった。

【００１１】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、層間絶縁膜を平坦化し、微細
化できると共に良好な特性と高い信頼性を有した半導体
装置およびその製造方法を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る半導体装置は、ソースとドレインの不純物拡散層を有
する半導体装置において、ゲート電極全体にランプアニ
ール法により形成し、半導体基板及びゲート電極に酸化
剤の侵入を防止する窒化膜を備えたものである。

【００１３】また、この発明の請求項２に係る半導体装
置の製造方法は、ソースとドレインの不純物拡散層を有
する半導体装置の製造方法において、半導体基板及びゲ
ート電極に酸化剤の侵入を防止するように、ゲート電極
全体にランプアニール法により窒化膜を形成する工程を
含むものである。

【００１４】また、この発明の請求項３に係る半導体装
置の製造方法は、ソースとドレインの不純物拡散層を有
する半導体装置の製造方法において、次に掲げる工程を
含むものである。 〔１〕 ゲート電極全体に熱酸化膜を形成する工程。 〔２〕 その上にランプアニール法により窒化膜を形成
する工程。

【００１５】また、この発明の請求項４に係る半導体装
置の製造方法は、ソースとドレインの不純物拡散層を有
する半導体装置の製造方法において、ゲート電極全体に
薄い酸化膜及び窒化膜をランプアニール法で形成する工
程を含むものである。

【００１６】

【作用】この発明に係る半導体装置においては、ゲート
電極全体である、第一ゲート酸化膜、浮遊ゲート電極、
インターポリ絶縁膜の端部と該上部の制御ゲート電極を
ランプ窒化膜で覆う様に設けたため、層間絶縁膜のリフ
ロー時の熱酸化剤がランプアニール窒化膜を貫通せず、
半導体基板、浮遊ゲート電極、制御ゲート電極の端部が
酸化されない。その結果、ソース側ゲートバーズビーク
およびインターポリバーズビークは厚くならない。

【００１７】

【実施例】実施例１．以下、この発明の実施例１につい
て図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施
例１の断面を示す図であり、例えば、不揮発性メモリ半
導体装置であるＥＥＰＲＯＭを示す断面図である。図１
と図４において、同一の部材については同一の符号を付
し詳細な説明は省略する。図１において、１５はランプ
アニール窒化膜である。

【００１８】第一ゲート酸化膜２、浮遊ゲート電極３、
インターポリ絶縁膜４、制御ゲート電極５およびドレイ
ン不純物拡散層７により、二層ゲート型の不揮発性メモ
リ半導体装置であるＥＥＰＲＯＭの基本要素が構成さ
れ、金属配線層１４と半導体基板１、浮遊ゲート電極３
および制御ゲート電極５が電気的に接触しないように層
間絶縁膜９が設けられている。

【００１９】また、層間絶縁膜９中のリンやボロンなど
の不純物が半導体基板１、浮遊ゲート電極３及び制御ゲ
ート電極５を覆うように薄い層間熱酸化膜８が形成され
る。

【００２０】そして、層間熱酸化膜８の下部であつて、
制御ゲート電極５の表面と端部および浮遊ゲート電極３
の端部を覆うようにランプアニール窒化膜１５が配置さ
れる。該ランプアニール窒化膜１５は、層間絶縁膜９の
リフロー時の酸化剤の侵入を防ぐため、ゲートバーズビ
ーク酸化膜１０，１１、およびインターポリバーズビー
ク酸化膜１２，１３の成長を押さえる様に形成する。

【００２１】ランプアニール窒化膜１５は、ランプアニ
ール法で形成される。ランプアニール法は、加熱源がハ
ロゲンランプ又はアークランプの放射光を直接試料に放
射し、試料のみを加熱する方法で、短時間に半導体基板
１及び浮遊ゲート電極３、制御ゲート電極５の温度を上
昇させることができる。

【００２２】ランプアニール窒化膜１５の形成は、アン
モニア雰囲気で８００〜１２００℃の温度で、５秒〜３
００秒程度の処理を行うことにより任意の窒化膜膜厚が
得られる。ランプアニール法にて処理を行うことによ
り、薄く（数ｎｍ）均一性の良い安定した窒化膜を得る
ことができる。

【００２３】また、アンモニア雰囲気以外にも窒素でも
同様な効果が得られる。処理室の圧力は通常常圧（大気
圧）中で行われるが、ガスコンタミの少ない真空中ある
いは反応効率が高くなる加圧中での処理を行ってもラン
プアニール窒化膜の形成は可能である。

【００２４】本実施例１ではＥＥＰＲＯＭによる二層電
極構造の半導体装置を例として示したが、浮遊ゲートを
有しない単層電極構造又は上部電極が下部電極に対して
一部重なった電極構造の半導体装置でも良い。

【００２５】実施例２．なお、上記実施例１ではゲート
構造形成後に直接ランプアニール窒化膜１５を形成した
が、図２に示すように、層間熱酸化膜８を形成後、ラン
プアニール窒化膜１５を形成しても良く、従来はＣＶＤ
法等により窒化膜を形成する場合があったがランプアニ
ール法を行うことにより、数ｎｍの窒化膜が短時間で均
一良く形成することが可能である。この場合、上記実施
例１で示した構造と比較すると直接ゲート電極に窒化膜
が形成されない為、トランジスタ特性の信頼性がより安
定な半導体装置を得ることができるという効果を奏す
る。

【００２６】実施例３．また、上記実施例２ではランプ
アニール窒化膜１５の下に層間熱酸化膜８を介したゲー
ト電極構造としたが、図３に示すように、ランプアニー
ル窒化膜１５の下にランプアニール酸化膜１６を形成し
ても同等の効果が得られる。ランプアニール酸化膜１６
とランプアニール酸化膜１５は、同時に形成することが
可能で熱酸化膜と比べ膜厚を薄く（数ｎｍ〜数１０ｎ
ｍ）、安定したものが形成でき、膜厚コントロールも容
易である。この時のガス雰囲気は主に酸素ガスである。
又、酸素と塩化水素の混合ガスでもかまわない。

【００２７】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、特に
ソース側ゲートバーズビーク酸化膜を薄く形成できるた
めにＥＥＰＲＯＭ消去時のファウラー・ノルドハイム・
トンネル電流が容易に流れ効率の良い消去特性を得るこ
とができるという効果を奏する。

【００２８】また、ランプアニール法にて処理を行う
為、ゲート形成直後の熱処理で酸素巻き込みの少ない処
理が可能になり、ゲートバーズビーク等の再酸化のコン
トロールを容易にすることができるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による半導体装置の断面構
造を示す図である。

【図２】この発明の実施例２による半導体装置の断面構
造を示す図である。

【図３】この発明の実施例３による半導体装置の断面構
造を示す図である。

【図４】従来の半導体装置の断面構造を示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 第一ゲート酸化膜 ３ 浮遊ゲート電極 ４ インターポリ絶縁膜 ５ 制御ゲート電極 ６ ドレイン不純物拡散層 ７ ソース不純物拡散層 ８ 層間熱酸化膜 ９ 層間絶縁膜 １０ ドレイン側ゲートバーズビーク酸化膜 １１ ソース側ゲートバーズビーク酸化膜 １２ ドレイン側インターポリバーズビーク １３ ソース側インターポリバーズビーク １４ 金属配線層 １５ ランプアニール窒化膜 １６ ランプアニール酸化膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソースとドレインの不純物拡散層を有す
   る半導体装置において、ゲート電極全体にランプアニー
   ル法により形成し、半導体基板及びゲート電極に酸化剤
   の侵入を防止する窒化膜を備えたことを特徴とする半導
   体装置。
2. 【請求項２】 ソースとドレインの不純物拡散層を有す
   る半導体装置の製造方法において、半導体基板及びゲー
   ト電極に酸化剤の侵入を防止するように、ゲート電極全
   体にランプアニール法により窒化膜を形成する工程を含
   むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 ソースとドレインの不純物拡散層を有す
   る半導体装置の製造方法において、ゲート電極全体に熱
   酸化膜を形成する工程、及びその上にランプアニール法
   により窒化膜を形成する工程を含むことを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 ソースとドレインの不純物拡散層を有す
   る半導体装置の製造方法において、ゲート電極全体に薄
   い酸化膜及び窒化膜をランプアニール法で形成する工程
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。